NL9000027A - Opto-elektronische inrichting met een, een lens omvattende koppeling tussen een optische transmissievezel en een halfgeleiderlaserdiode. - Google Patents

Description

Opto-elektronische inrichting met een, een lens omvattende koppelingtussen een optische transmissievezel en een halfgeleiderlaserdiode.

De uitvinding heeft betrekking op een opto-elektronischeinrichting met een, een lens omvattende koppeling tussen een optischetransmissievezel en een halfgeleiderlaserdiode, welke inrichting isvoorzien van een houder voor de halfgeleiderlaserdiode, een houder voorde optische transmissievezel en een tussen deze beide houders aanwezigtussenstuk, waarbij het tussenstuk en een van beide houders in elkaarschuifbaar zijn aangebracht en na axiale instelling van het einde van detransmissievezel het tussenstuk en deze houder door middel van eenaantal laserlassen aan elkaar zijn bevestigd, terwijl naar elkaargerichte einden van het tussenstuk en de andere houder een vlakoppervlak vertonen, dat dwars op de axiale instelinrichting staat, welkeoppervlakken tegen elkaar zijn gelegen en met een aantal laserlassen aanelkaar zijn bevestigd.

Een dergelijke inrichting is bekend uit EP-A-345 874. Bijdeze bekende inrichting zijn de beide houders en het tussenstuk zowelaxiaal als transversaal ten opzichte van elkaar instelbaar en wordt,door toepassing van laserlassen op verdunde delen een bevestigingverkregen die nauwelijks thermische en mechanische krachten uitoefent enzodoende de instelling niet doet verlopen. Bij de uitvoering uit figuur3 van EP-A-345 874, waarbij een lens wordt toegepast, is deze lensstaafvormig uitgevoerd en opgenomen in het tussenstuk. De houder voor dehalfgeleiderlaserdiode is hier gevormd als een bus, waarin de omhullingvan de halfgeleiderlaserdiode is opgenomen. Deze bus is axiaalinstelbaar ten opzichte van het tussenstuk. De lens wordt daarbijingesteld ten opzichte van de halfgeleiderlaserdiode. Het einde van deoptische transmissievezel wordt, in een adaptor, op een vaste afstandten opzichte van de lens aangebracht.

Deze opstelling geeft bij een multimode optischetransmissievezel een voldoende nauwkeurigheid ter verkrijging van eengoed koppelrendement. Bij toepassing van een single-mode optischetransmissievezel is het bij deze inrichting evenwel moeilijk omreproduceerbaar de gewenste instelnauwkeurigheid en stabiliteit te verkrijgen.

Doel van de uitvinding is een opto-elektronischeinrichting van de in de aanhef genoemde soort te verschaffen, diereproduceerbaar de gewenste instelnauwkeurigheid en stabiliteit heeft,ook bij toepassing van een single-mode optische transmissievezel en dietoch eenvoudig van opzet is, klein in afmetingen en niet kritisch inuitrichtnauwkeurigheid en in produkttoleranties.

Dit doel wordt volgens de uitvinding verwezenlijkt, metde inrichting van de in de aanhef genoemde soort, die het kenmerkvertoont, dat de lens is uitgevoerd als een bolvormige lens die isopgenomen in een, naar de transmissievezel gerichte kap van de houdervan de halfgeleiderlaserdiode, dat de houder van de optischetransmissievezel is voorzien van een hol glasstaafje waarin een kerndeelvan de optische transmissievezel is opgenomen, waarbij het naar de lensgerichte einde van het glasstaafje en de transmissievezelkern vlak zijnuitgevoerd en gepolijst en dat het tussenstuk busvormig is uitgevoerd englijdend over de kap van de houder van de halfgeleiderdiode past, welkbusvormig uitgevoerd tussenstuk twee op afstand van elkaar gelegengroeven bevat, bij welke groeven het tussenstuk en de kap van de houdervan de halfgeleiderlaserdiode door middel van een aantal laserlassen aanelkaar zijn bevestigd.

Het is gebleken dat de instelling van een bolvormiguitgevoerde lens die is opgenomen in de kap van de omhulling van dehalfgeleiderlaserdiode, ten opzichte van deze laserdiode slechts eenrelatief geringe nauwkeurigheid behoeft te bezitten, namelijk minder danongeveer 50 pm zowel in X, Y als Z richting, om toch een zeer gunstigeinstelling van het einde van de optische transmissievezel, via de lens,ten opzichte van de laserdiode mogelijk te maken. Er zijn dientengevolgeredelijke produktietoleranties toelaatbaar zonder dat deinstelnauwkeurigheid nadelig wordt beïnvloedt. Voorts leent dezeopstelling zich ertoe om geringe afmetigen van de inrichting teverkrijgen. Ook het busvormig uitgevoerde tussenstuk dat rechtstreeks opde kap van de omhulling van de halfgeleiderlaserdiode is bevestigd,maakt een geringe afmeting mogelijk. De bevestiging ter plaatse van deop afstand gelegen langsgroeven verschaft een uiterst nauwkeurigeinstelling van het einde van de transmissievezel ten opzichte van delens, waarbij een hoekafwijking in axiale richting wordt vermeden. Ook een single-mode optische transmissievezel wordt bij de uitvoeringvolgens de uitvinding met een zeer gunstig rendement gekoppeld met dehalfgeleiderlaserdiode. Deze bouwsteen kan dus geringe afmetingen hebbenen is relatief ongevoelig voor uitrichtonnauwkeurigheden enproduktietoleranties, terwijl toch een uiterst gunstig koppelrendementwordt verkregen.

Er wordt op gewezen dat de toepassing van een bolvormigelens op zichzelf bekend is. De uitvinding verkrijgt zijn gunstig effectechter niet door alleen de toepassing van een bolvormige lens, maar doorde totale combinatie van maatregelen die in de hoofdconclusie zijngedefinieerd. Deze combinatie is nu juist wezenlijk voor het verkrijgenvan het gunstige effect van de inrichting volgens de uitvinding.

Bij een gunstige uitvoeringsvorm van de uitvinding wordteen single-mode optische transmissievezel toegepast en is het vlakuitgevoerde, gepolijste einde van het glasstaafje en detransmissievezelkern, ten opzichte van een vlak loodrecht op de axialeinstelrichting, onder een hoek van 5-15° schuin opgesteld. Dekoppeling is hierbij verliesarm en reflectie van straling naar delaserdiode wordt bij deze uitvoering voorkomen.

Bij een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding is dehouder van de optische transmissievezel voorzien van een connector,waarmee een uitwendige optische transmissievezel koppelbaar is. Ditmaakt de hierboven gedefinieerde bouwsteen, die als een "pigtaileddevice" kan zijn uitgevoerd, ook geschikt als een "connectorizeddevice". Gunstige uitvoeringsvormen van deze "connectorized devices"worden hierna aan de hand van tekeningen beschreven en in de conclusiesgedefinieerd.

De uitvinding zal nader worden beschreven aan de hand vaneen, bij wijze van voorbeeld in de tekening weergegeven uitvoeringwaarin: figuur 1 een langsdoorsnede toont van een opto-elektronische inrichting volgens de uitvinding, als “pigtailed" device, figuur 2 dezelfde inrichting toont, maar nu een kwartslag gedraaid, figuur 3 een eerste specifieke uitvoering toont als"connectorized" device en figuur 4 een tweede specifieke uitvoering weergeeft als "connectorized" device.

De figuren 1 en 2 tonen in langsdoorsnede een inrichtingvolgens de uitvinding, die als bouwsteen voor verschillende toepassingenkan dienen.

De houder 1 voor de halfgeleiderlaserdiode 2 bevat eenmetalen voet 3, waardoor twee elektrische verbindingspennen 4 en 5isolerend zijn gevoerd en waaraan een aardpen 6 is bevestigd. Aan devoet 3 is een metalen pilaar 7 aanwezig, waaraan de halfgeleiderdiode 2is bevestigd. Met een fotodiode 8 wordt de uitgestraalde hoeveelheidlicht van de halfgeleiderlaserdiode 2 gemeten, die naar de voet isgericht. Met het daarbij in de fotodiode opgewekte signaal kan deintensiteit van de emissie van de halfgeleiderlaserdiode 2 wordengeregeld. Op de voet 3 is een kap 9 aangebracht, bij voorkeur doormiddel van weerstandslassen. In de bovenzijde van de kap 9 is eenbolvormige lens 10 opgenomen. De laserdiode 2 is hermetisch in de houder1 opgesloten.

De instelling van de bolvormige lens 10 ten opzichte vande laserdiode behoeft niet bijzonder nauwkeurig te zijn, om een gunstigeinstelling van de laserdiode 2, via de lens 10, ten opzichte van heteinde van de optische transmissievezel 11 te verkrijgen. Eeninstelonnauwkeurigheid van minder dan 50 pm van de lens 10 ten opzichtevan de halfgeleiderlaserdiode 2 is voldoende om een gunstige uitrichtingten opzichte van de optische transmissievezel te verkrijgen, en dit iseen in de halfgeleidertechniek zeer ruime waarde; de fabricage- eninsteltolerantie kan dus, bij een gunstige koppeling, vrij groot zijnhetgeen een eenvoudige produktie mogelijk maakt.

De houder 12 voor de optische transmissievezel 13 bevateen plat uitgevoerd ringvormig deel, waarin een hol glasstaafje 14 isopgenomen, waarin het kerndeel 11 van de optische transmissievezelaanwezig is. Het glasstaafje 14 met het kerndeel 11 van detransmissievezel steekt in de richting van de lens 10 uit hetringvormige deel 12 naar buiten. Het vlak 15 van het glasstaafje en devezelkern kan dan ook zonder moeite vlak worden geslepen en gepolijst,waardoor een gunstige koppeling ten opzichte van de lens 10 kan wordenverkregen. Zoals in figuur 2 is weergegeven kan dit vlak 15 onder eenhoek van 5-15° ten opzichte van een vlak loodrecht op delengterichting van de inrichting zijn gelegen, waardoor een terugkoppeling van de door de halfgeleiderlaserdiode 2 uitgezondenstraling wordt voorkomen.

De houder 1 voor de halfgeleiderlaserdiode 2 en de houder12 voor de optische transmissievezel 13 worden onderling verbonden doormiddel van een tussenstuk 16. Dit tussenstuk is bij de, als voorbeeldweergegeven uitvoeringsvorm busvormig uitgevoerd. Het past glijdend omde cylindrische omtrek van de kap 9 van de houder 1 van dehalfgeleiderlaserdiode 2. Het bovenvlak van het tussenstuk 16 is, metbehulp van laserlassen, met de ringvormige houder 12 van de optischetransmissievezel verbonden. De bus bevat twee op afstand van elkaargelegen groeven 17 en 18. Bij deze verdunde delen kan de bus 16 metbehulp van laserlassen aan de kap 9 worden bevestigd. Deze bevestigingvia de op afstand gelegen groeven garandeert een uiterst nauwkeurigehoekinstelling in axiale richting, waardoor een nauwkeurige koppelingvan de transmissievezel 11 ten opzichte van de lens 10 en dus ook tenopzichte van de halfgeleiderlaserdiode 2 wordt verkregen.

Met de instelling van de houder 12 ten opzichte van hettussenstuk 16 in transversale richting, en met de instelling van hettussenstuk 16 ten opzichte van de kap 9 van de houder 1 van dehalfgeleiderlaserdiode in axiale richting, kan een uitmuntende koppelingworden verkregen, waarbij de fabrikagetoleranties relatief ruim mogenzijn.

De hiervoor beschreven bouwsteen, die in het weergegevenvoorbeeld bestaat uit een "pigtailed device", kan ook als een"connectorized device" worden uitgevoerd. In zijn algemeenheid kandaartoe de houder 12 van de optische transmissievezel worden voorzienvan een connector waarmee een uitwendige optische transmissievezelkoppelbaar is. De figuren 3 en 4 geven specifieke uitvoeringsvoorbeeldenvan een "connectorized device" met respectievelijk een "female" en een"male" aansluiting.

Figuur 3 geeft de hiervoor beschreven bouwsteen 20 weer,die voorzien is van een ferrule 25 waarvan de vorm ongeveer overeenkomtmet de houder 12 in de figuren 1 en 2, welke bouwsteen is opgenomen ineen dragerorgaan 21, waaraan een connectordeel 22 is bevestigd. Metbehulp van een centreerveer 23 wordt het einde van de optische vezel dieis opgenomen in de ferrule 25 van de bouwsteen 20 reproduceerbaargunstig gekoppeld met een, in een uitwendige connector aanwezige optische vezel, zoals een standaard "FC ferrule".

Figuur 4 toont een voorbeeld van een "male" connector. Debouwsteen 20 is opgenomen in een dragerorgaan 21. De optischetransmissievezel 13 van de bouwsteen mondt uit in een "male" FC ferrule24. Deze uitvoering is minder gevoelig voor vuil, omdat hij gemakkelijkkan worden gereinigd. Zowel bij de uitvoering van figuur 3 als bij deuitvoering van figuur 4 kan het uiteinde van de ferrule dat uit debouwsteen 20 steekt met voordeel convex gepolijst worden. Hierdoor wordteen goed physisch contact tussen de ferrule en een aan te koppelentransmissievezel bevorderd. Ditzelfde geldt voor het naar de bouwsteen20 gerichte uiteinde van een in de connector aanwezige ferrule. In hetbijzonder is het nuttig het uiteinde van een "connectorized" device vanhet "female" type een convex gepolijst uiteinde te geven daar daardoorreflecties vanaf het connector uiteinde naar de laser vermeden worden.Dit geldt voor gebruik van zowel een FC (met een vlak gepolijstoppervlak) als een PC (met een convex gepolijst oppervlak) "male"connector waarin de aan te sluiten transmissievezel is opgenomen. Bijhet "male" type "connecterized" device is het uiteinde minder kritischmet betrekking tot reflecties in verband met de grotere afstand tussenhet reflecterende connector eindvlak en de laser. Opgemerkt wordt dateen extra voordeel van de uitvoeringen van de figuren 3 en 4 is dat ookandere dan FC ferrules gebruikt kunnen worden,zoals die in DIN, ST, SMA, SC, FC, FC-PC en Biconic connectoren.

Claims (6)

1. Opto-elektronische inrichting met een, een lensomvattende koppeling tussen een optische transmissievezel en eenhalfgeleiderlaserdiode, welke inrichting is voorzien van een houder voorde halfgeleiderlaserdiode, een houder voor de optische transmissievezelen een tussen deze beide houders aanwezig tussenstuk, waarbij hettussenstuk en een van beide houders in elkaar schuifbaar zijnaangebracht en na axiale instelling van het einde van detransmissievezel het tussenstuk en deze houder door middel van eenaantal laserlassen aan elkaar zijn bevestigd, terwijl naar elkaargerichte einden van het tussenstuk en de andere houder een vlakoppervlak vertonen, dat dwars op de axiale instelinrichting staat, welkeoppervlakken tegen elkaar zijn gelegen en met een aantal laserlassen aanelkaar zijn bevestigd, met het kenmerk, dat de lens is uitgevoerd alseen bolvormige lens die is opgenomen in een, naar de transmissievezelgerichte kap van de houder van de halfgeleiderlaserdiode, dat de houdervan de optische transmissievezel is voorzien van een hol glasstaafjewaarin een kerndeel van de optische transmissievezel is opgenomen,waarbij het naar de lens gerichte einde van het glasstaafje en detransmissievezelkern vlak zijn uitgevoerd en gepolijst, en dat hettussenstuk busvormig is uitgevoerd en glijdend over de kap van de houdervan de halfgeleiderdiode past, welk busvormig uitgevoerd tussenstuk tweeop afstand van elkaar gelegen groeven bevat, bij welke groeven hettussenstuk en de kap van de houder van de halfgeleiderlaserdiode doormiddel van een aantal laserlassen aan elkaar zijn bevestigd.

2. Opto-elektronische inrichting volgens conclusie 1, methet kenmerk, dat een single-mode optische transmissievezel wordttoegepast en dat het vlak uitgevoerde en gepolijste einde van hetglasstaafje en de transmissievezelkern ten opzichte van een vlakloodrecht op de axiale instelrichting onder een hoek van 5-15° schuinstaat opgesteld.

3. Opto-elektronische inrichting volgens conclusie 1 of 2,met het kenmerk, dat de houder voor de optische transmissievezel een plat uitgevoerd, ringvormig deel bevat, dat na instelling ten opzichtevan het tussenstuk aan dit laatste is bevestigd met behulp vanlaserlassen, en dat het glasstaafje met de transmissievezelkern bevat,welke aan de naar de lens gerichte zijde uit dit ringvormig deel naarbuiten steken.

4. Opto-elektronische inrichting volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat de houder van de optische transmissievezel isvoorzien van een connector, waarmee een uitwendige optischetransmissievezel koppelbaar is.

5. Opto-elektronische inrichting volgens conclusie 4, methet kenmerk, dat hij rond het busvormig orgaan is opgenomen in eendragerorgaan, waaraan een connectordeel is bevestigd en waarbij dekoppeling met een, in een uitwendige connector aanwezige optischetransmissievezel is geëffectueerd met behulp van een centreerveer.

6. Opto-elektronische inrichting volgens conclusie 4, methet kenmerk, dat hij rond het busvormig orgaan is opgenomen in eendragerorgaan, waarbij de optische transmissievezel van de opto-elektronische inrichting uitmondt in een "male Standard ferrule".